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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Perfectionnements à la surchauffe de la vapeur.
La présente invention concerne les appareils échangeurs de chaleur pour fluides et plus particulièrement des perfectionnements à la surchauffe de fluides employés sous pression élevée.
Un des buts de l'invention est de fournir un appareil perfectionné pour régler et maintenir une surchauffe constante. Un but plus spécial est de réaliser ce réglage de telle manière que l'opération de surchauffe soit encore améliorée par la diminution des matières solides qui peuvent être contenues dans la vapeur pénétrant dans le surchauffeur, cette ré-
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duction ayant lieu avant que la vapeur pénètre dans la section du surchauffeur qui est soumise aux gaz du foyer à haute température. La durée d'existence des..tubes de cette section est ainsi notablement augmentée.
Un autre but de l'invention est de réaliser le réglage de la surchauffe par l'emploi d'un désurchauffeur à contact, agissant sur la vapeur aux pressions élevées, l'appareil pour obtenir ce résultat assurant une économie sensible d'installation à ces pressions.
D'autres buts de l'invention apparaîtront au cours de la description ci-après de quelques formes de réalisation de l'invention, représentées à titre d'exemple sur les dessins annexés dans lesquels:
La fig. 1 est une vue schématique en coupe verticale montrant un système conforme à l'invention.
La fig. 2 est une vue analogue à la fig. 1 mais montrant une autre forme de réalisation de l'invention.
La fig. 3 est une vue de détail, principale.ment en coupe verticale, montant le mécanisme de soupape qui commande la désurchauffe.
La fig. 4 est une vue de détail montrant une des plaques à orifice dans un collecteur intermédiaire.
La fig. 5 est une coupe verticale par la ligne 5-5 de la fig. 2.
La fig. 6 est une vue de détail montrant le mécanisme de soupape qui peut être employé dans le système représenté à la fig. 1.
La fig. 7 est une vue de détail, en coupe, du mécanisme de soupape de la fig. 6.
La fig. 8 est une vue en plan du distributeur de vapeur placé dans la chambre de désurchauffe.
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La fig. 1 montre quatre groupes de tubes qui s'éten- dent de préférence transversalement dans un passage de gaz dans lequel les gaz circulent dans le sens indiqué par la flèche 10. Les tubes des groupes 12 et 14 sont des éléments d'un surchauffeur primaire. Ils sont reliés à un collecteur d'entrée 16 et sont disposés de façon que la vapeur puisse y circuler vers les chambres supérieures 18 de collecteurs in- termédiaires 20.
Un surchauffeur secondaire dont les tubes des groupes 22 et 24 sont soumis à des gaz de chauffage à température éle- vée, reçoit la vapeur qui a passé à travers le surchauffeur primaire. Les extrémités de ces tubes sont reliées aux cham- bres inférieures 26 des collecteurs intermédiaires 20, des plaques à orifice 28 étant disposées entre la chambre supé- rieure et la chambre inférieure du collecteur intermédiaire.
Les orifices de sortie des tubes des groupes 22 et 24 sont re- liés à un collecteur de sortie 30 d'où la vapeur est envoyée par une conduite principale 32 au point d'utilisation.
Le surchauffeur représenté est destiné à une ins- tallation de production de force motrice dans laquelle la puissance est développée par des turbines à vapeur utilisant de la vapeur à des pressions de l'ordre de 1200 livres par pouce carré (environ 80 atmosphères). De semblables turbines présentent une augmentation marquée de rendement lorsque la surchauffe se rapproche d'une valeur constante, et un rende- ment élevé de toute l'installation est obtenu. Le présent appareil surchauffeur est également avantageux lorsqu'il est employé avec des foyers développant des gaz de chauffage à des températures élevées.
Ces températures sont d'un ordre qui fait que les tubes de la section à haute température du surchauffeur brûlent fréquemment dans le cas de dépôts exces- @
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sifs provoqués par des matières solides contenues dans la vapeur entrant dans ces tubes. Le présent appareil maintient la valeur normale désirée de surchauffe et réduit le pourcen- tage de matières solides qui pourraient autrement se déposer dans les tubes du surchauffeur secondaire.
Dans l'appareil représenté, une partie variable de la vapeur sortant du surchauffeur primaire est soumise à l'ac- tion d'un désurchauffeur à contact avant d'entrer dans les chambres d'admission 26 du surchauffeur secondaire. Le désur.. chauffeur à contact comporte une chambre de désurchauffe formée de préférence par un récipient cylindrique de pression 34, de diamètre relativement petit et placé dans une position verti- cale. La partie supérieure de la chambre de désurchauffe, et de loin la majeure partie de la chambre, constitue un sépara- teur de vapeur et d'eau 33. Dans la partie inférieure de la chambre,on maintient une masse d'eau de concentration de pré- férence moindre que celle de la vapeur qui passe à travers cette eau en venant du surchauffeur primaire.
Le distributeur annulaire de vapeur 36 est placé en-dessous du niveau d'eau dans la chambre de désurchauffe et est pourvu d'un grand nombre de petites ouvertures latérales 35 par lesquelles la vapeur passe en jets 37 à travers l'eau dans la chambre de désurchauffe.
A l'extérieur de la chambre de désurchauffe, le dis- tributeur de vapeur est relié aux orifices de sortie du sur- chauffeur primaire par des connexions qui comprennent la con- duite 38 et le collecteur transversal 40. Des raccords 42 font communiquer ce collecteur avec les chambres 18 et un té 44 est compris dans les connexions.
Un second collecteur transversal 46 est placé en avant des chambres 26 des collecteurs intermédiaires 20 et est @
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relié à ceux-ci par un certain nombre de raccords 48. Comme on l'a représenté, les deux collecteurs transversaux sont reliés , directement par le té 44 et les raccords à bride 50 et 52.
Lorsque de la vapeur est désurchauffée, le collecteur trans- versal 46 reçoit de la vapeur par une conduite 54 qui est directement reliée au sommet du séparateur de vapeur et d'eau 33.
Lorsque les conditions de fonctionnement sont telles que la surchauffe est maintenue à la température désirée sans la désurchauffe intermédiaire, la partie réglée de la vapeur passe directement du collecteur 40 au collecteur 46 par la communication interposée, sans passer par le désurchauffeur.
Par contre, dans le cas où la température de la vapeur sur- chauffée dans la conduite 32 atteint un degré trop élevé, il est désirable qu'une partie de la vapeur passant du collecteur 20 au collecteur 46 soit désurchauffée. Ce résultat est ob- tenu par le mouvement de la soupape 58 vers une position in- termédiaire telle que celle représentée à la fig. 1 des des- sins. Cette soupape est de préférence montée à pivot dans le té 44 de telle façon qu'elle puisse fermer la partie du té communiquant avec la conduite 38 et établir une communication directe à travers le té et entre les collecteurs 40 et 46. Pour que la quantité de vapeur désurchauffée puisse varier directe- ment avec l'augmentation de température de la vapeur dans la conduite principale de sortie 32, la soupape est commandée thermostatiquement.
L'appareil pour obtenir ce résultat ren- ferme un élément 60 fonctionnant sous l'effet de la chaleur, monté dans la conduite de vapeur 32 et relié à un organe de commande de soupape 62. L'organe de commande de soupape est relié par une bielle 64 à un brasde manivelle 66 monté sur
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le prolongement 68 de l'axe de soupape. Ce prolongement est représenté clairement à la fig. 6 comme étant relié en vue du fonctionnement à un axe de soupape principal 70 qui est monté de façon à tourner dans les parois du té 44. La soupape 58 peut être soudée ou autrement fixée rigidement à la tige de soupape principale 70. Le prolongement 68 de la tige de soupape est monté de façon à pouvoir tourner dans un presse- étoupe à ailettes 72 dont l'extrémité extérieure coopère avec une pièce 74 pour constituer une boite à bourrage.
Cette disposition des éléments provoque la condensation de la vapeur qui peut fuir par le té 44 autour de la tige de soupape 70 dans le palier fourni par l'organe 72 et l'eau qui en résulte agit comme lubrifiant pour le prolongement 68 de la tige de soupape.
Il est désirable qu'un niveau d'eau constant soit maintenu dans la partie inférieure de la chambre de désurchauffe et que ce niveau d'eau soit considérablement au-dessus du distributeur de vapeur 36 ou à un niveau tel que celui indiqué en 76 à la fig. 1 des dessins. Lorsque ce niveau d'eau est maintenu par l'admission d'eau d'alimentation, un régulateur approprié 78 d'eau d'alimentation est prévu. Ce dernier est relié à un tube 80 s'étendant dans la chambre de désurchauffe et le tube 80 est relié à un appareil de chauffage de fluide 82, consistant de préférence en des serpentins placés au-dessus du niveau de l'eau. Les serpentins servent à réchauffer l'eau par chauffage en surface des serpentins au moyen de la vapeur de l'espace de vapeur.
Après avoir passé à travers l'appareil de chauffage, l'eau d'alimentation se déverse en sortant d'une crépine qui l'oblige à former en tombant un arrosage conique. L'appareil de chauffage de fluide 82 fait de préfé-
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rence partie d'une canalisation d'eau d'alimentation vers une chaudière. En tous cas l'eau dans l'appareil de chauffage 82 doit être tout près de la température de saturation de la vapeur en vue d'empêcher les coups de bélier dans l'appareil.
Cette condition peut être obtenue par le passage de l'eau dans un réchauffeur avant qu'elle se rende à l'appareil 82. Lors de la mise en fonctionnement de l'appareil représenté., on envoie de la vapeur à travers la chambre de désurchauffe pendant un temps appréciable avant de faire passer l'eau à travers l'appareil de chauffage 82.
Avant que la vapeur sorte de la chambre de désurchauffe elle est obligée de passer à travers un séparateur de vapeur et d'eau qui présente une surface effective beaucoup plus grande que la surface de section transversale de la chambre de désurchauffe. Ce séparateur est représenté comme comportant un certain nombre de sections annulaires qui sont espacées verticalement par rapport à la chambre et sont de diamètre de plus en plus petit à mesure qu'on s'approche du sommet de la chambre de désurchauffe.
La section annulaire inférieure 90 est de préférence fixée à la paroi de la chambre dans la position représentée et comporte un canal annulaire 92 communiquant avec un tube d'écoulement 94 s'étendant vers le bas dans la chambre de désurchauffe et ayant son orifice de sortie d'un c8té de l'appareil de chauffage 82 d'eau d'alimen- tation.
La section annulaire 96 située immédiatement audessus de la section 90 présente une rigole ouverte vers le haut 98 et une rigole ouverte vers le bas 100, dont le diamètre est sensiblement le même que celui de la rigole 92. Une bande annulaire 102, en matière granulaire ou fibreuse, s'étendant de la section annulaire 90 vers la section annulaire
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96 et montée dans les rigoles 92 et 100, peut être maintenue en place par tout moyen approprié tel qu'une plaque perforée.
La rigole 98 comporte un tuyau d'écoulement 104 qui se trouve d'un c8té de l'appareil de chauffage d'eau d'alimentation. Comme on l'a représenté, les parties restantes du séparateur sont construites et disposées de façon analogue à celles décrites ci-dessus et la construction entière est telle que toute la vapeur désurchauffée doit passer à travers la matière granulaire ou fibreuse avant de sortir du désurchauffeur pour aller par la conduite 54 vers le collecteur 46.
Le désurchauffeur est pourvu d'un niveau d'eau 106 et il comporte un tuyau d'écoulement 108, destiné à être employé pour régler la concentration de l'eau. L'écoulement par le tuyau 108 peut être commandé par la soupape 110 de façon que la concentration de l'eau dans le désurchauffeur puisse être moindre que la concentration de la vapeur qui pénètre dans le désurchauffeur en venant du surchauffeur primaire.
Dans la forme de réalisation de l'invention représentée aux figs. 2 et 5, la vapeur quittant le surchauffeur primaire peut être amenée directement à la chambre de désurchauffe 112 au moyen de plusieurs conduites 114. Des tubes verticaux intérieurs 116, constituent des prolongements importants des conduites 114 et sont disposés à l'intérieur de la chambre de désurchauffe comme l'indiquent clairement les figs. 2, 3 et 5.
Aux extrémités inférieures de ces tubes sont disposées des conduites générales 118 distribuant la vapeur, placées en-dessous du niveau de l'eau 120 qui est maintenu par un régulateur d'eau d'alimentation 122 disposé dans une conduite 124 aboutissant à l'appareil de chauffage 126 d'eau d'alimentation, la disposition et le fonctionnement de ces éléments étant semblables plus ou moins à ceux de la forme de
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réalisation de la fig. 1.
De la. vapeur désurchauffée est conduite directement de la chambre de désurchauffe 112 aux chambres d'admission 26 du surchauffeur secondaire par des conduites 130 qui sont reliées aux tubes 116 à l'intérieur de la chambre de désurchauffe, comme le montre clairement la fig. 3. Cette figure montre des raccords tubulaires à bride 132 dans le corps cylindrique, fixés de préférence par dilatation dans des ouvertures de la paroi de la chambre 112 et soudés à cette paroi comme c'est indiqué en 134. Dans la partie 136 comportant une bride, est placé un tube perforé 138. Ce tube est de préférence fixé rigidement au raccord 132 par une soudure circonférentielle 140.
Chaque tube 138 présente une partie perforée 142 qui se raccorde aux tubes 116. En ce point de jonction se trouve une soupape 144 qui peut tourner de la position indiquée en traits pleins vers celle indiquée en pointillé. Dans la position en traits pleins représentée, il n'y a pas de vapeur désurchauffée, toute la vapeur venant du surchauffeur primaire passant par les connexions représentées à la fig. 3, directement vers le surchauffeur secondaire. Lorsque la soupape est dans la position représentée en pointillé,toute1a vapeur passant par les conduites 114 est désurchauffée avant de passer au surchauffeur secondaire. Différentes quantités de vapeur seront désurchauffées suivant la position intermédiaire dans laquelle la soupape est amenée.
Pour que les quantités de vapeur désurchauffées puissent varier directement dans la mesure où la température change dans la conduite 32, la soupape 144 est reliée à un appareil 146 d'actionnement de soupape qui est commandé par un élément 147 fonctionnant sous l'effet de la chaleur, disposé dans la conduite 32. Les connexions entre la soupape 144 et l'appareil d'actionnement 146 renferment un arbre bascu-
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lant 148 relié à l'appareil d'actionnement par une bielle 150.
Cette liaison est en dehors de la chambre de désurchauffe, l'arbre basculant passant dans la chambre à travers une boite à bourrage 152 et étant monté de façon à pouvoir tourner dans des supports 154 qui sont fixés à la paroi de la chambre. Chaque soupape a un bras coudé 156 solidaire de la soupape et l'extrémité externe de chaque bras coudé est reliée à un bras basculant 158 monté rigidement sur l'arbre basculant. Cette liaison comprend une bielle 160.
Comme le montre la fig. 3, le montage des tubes 116 .dans le corps cylindrique est effectué de la même manière que le montage des tubes 138, au moyen de raccords tubulaires 162 adaptés au corps cylindrique et de soudures circonférentielles 164 et 166.
La chambre de désurchauffe 112 est pourvue d'un tube indicateur de niveau d'eau 170 et d'un tuyau d'écoulement 172 permettant de maintenir la concentration de l'eau dans la chambre de désurchauffe à un chiffre qui est de préférence moindre que celui de la concentration de la vapeur à désurchauffer.
La fig. 2 montre l'enveloppe de surchauffeur 174 qui enferme les gaz de chauffage de façon qu'ils viennent en contact avec les éléments de surchauffeur. Il va de soi que la disposition de tubes de surchauffeur de la variante de la fig. 1 sera en pratique établie dans un passage de gaz formé par une enveloppe telle que celle représentée à la fig. 2.
Il est clair aussi qu'en pratique les différentes conduites doivent être disposées un peu différemment de la disposition représentée aux dessins. Par exemple les conduites 38 et 54 représentées à la fig. 1 des dessins doivent être décalées' ou pourvues de courbures de grand rayon aux endroits
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où elles se croisent l'une l'autre.
Pour ce qui concerne les dispositifs fonctionnant sous l'effet de la chaleur, représentés aux dessins, il va de soi que les éléments 60 et 147 sont reliés aux mécanismes d'actionnement de soupape 62 et 146 par des tubes 176 et 180 qui contiennent un fluide dilatable.
Le distributeur de vapeur 36 est représenté en détail à la fig. 8 des dessins. Il consiste de préférence en deux pièces annulaires 182 et 184, cette dernière étant montée à l'intérieur de la première et maintenue rigidement fixée à celle-ci par des organes de liaison 186. Ces pièces annulaires peuvent avoir une section transversale telle que celle indiquée à la fig. 1 des dessins et elles sont assemblées par une pièce de liaison 88 située de préférence en face de l'orifice d'entrée de vapeur pour le distributeur.
Si l'on revient de nouveau au séparateur de vapeur et d'eau situé dans la partie supérieure du récipient de pression 34, on voit qu'au-dessus de la bande annulaire 102 sont montées des bandes analogues 190, 192 etc. jusqu'à une bande supérieure 194 de diamètre relativement petit. Un chapeau 196 empêche la vapeur de s'écouler librement du séparateur sans passer à travers la matière granulaire ou fibreuse des bandes.
Au sommet du récipient de pression 34, est prévu un trou d'homme 200 par lequel on peut avoir accès aux pièces du séparateur de vapeur et d'eau. Ce trou d'homme est normalement fermé par les organes 202, 204 et 206.
La construction de soupape représentée en détail à la fig. 6 des dessins montre que le presse-étoupe à ailettes 72 est maintenu rigidement contre le bossage annulaire 208 formé sur le côté du té 44. Il peut être fixé de façon détachable à celui-ci par des boulons.
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L'autre extrémité du presse-étoupe à ailettes 72 forme une botte à bourrage qui comprend un manchon à bride 210. Ce dernier peut être fixé à la partie à bride du presse- étoupe à ailettes au moyen de boulons de façon à comprimer la matière de bourrage 214. Le prolongement 68 de la tige de soupape présente à son extrémité interne une partie élargie 216 qui forme un épaulement prenant appui contre l'extrémité de gauche du presse-étoupe à ailettes et la tige de soupape principale 70 comporte une cavité transversale 218 dans laquelle pénètre une nervure transversale 220 de préférence faite d'une pièce avec la partie élargie 216. Il va de soi que la construction de soupape indiquée à la fig. 6 des dessins peut être employée en combinaison avec les différentes soupapes dans le prolongement tubulaire 116 de la variante de la fig. 5.
Cette construction de soupape présente l'avantage que la tige principale 70 de la soupape peut être faite en une matière différente de celle du prolongement 68. Le prolongement 68 n'est pas soumis aux conditions de température et d'écoulement de fluide qui affectent le fonctionnement de la tige de soupape principale 70.
Il va de soi que les plaques à orifice 28 peuvent être enlevées et remplacées par d'autres plaques ayant des orifices de dimensions différentes.
L'appareil représenté qui comprend une chambre de désurchauffe cylindrique verticale a l'avantage d'entraîner seulement des frais d'installation peu élevés ainsi que de permettre l'installation d'un séparateur de vapeur et d'eau qui a une superficie de séparation beaucoup plus grande que la section transversale du désurchauffeur ou de la chambre de séparateur.
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Dans le fonctionnement de l'appareil représenté à la fig. l, on remarquera qu'il y a un changement dans la qualité de la vapeur pénétrant dans la chambre de désurchauffe.
Une partie considérable des matières solides éventuellement transportées par la vapeur peut être enlevée et la durée d'existence des tubes de la section à haute température du surchauffeur est augmentée en conséquence.
Bien que l'invention ait été décrite avec référence aux formes de réalisation particulières représentées aux dessins annexés, il va de soi que l'invention n'est pas limitée à celles-ci mais que sa portée correspond à celle des revendications annexées.
REVENDICATIONS
1.- Procédé pour surchauffer de la vapeur et régler sa température, consistant à fournir de la vapeur à un sur- chauffeur à haute température et à élever sa température dans celui-ci, à conduire la vapeur surchauffée du surchauffeur au point d'utilisation sensiblement à la température de sortie du surchauffeur, à régler la température de sortie de la vapeur surchauffée du surchauffeur en alimentant celui-ci en vapeur surchauffée à une température qui varie en raison inverse de la température de la vapeur quittant le surchauffeur, et à conditionner la vapeur admise au surchauffeur à haute tempéra- ture en la faisant passer dans de l'eau, en quantités variant en raison directe de la température de la vapeur quittant le surchauffeur.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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DESCRIPTIVE MEMORY
SUBMITTED IN SUPPORT OF A REQUEST
PATENT OF INVENTION Improvements to the superheating of steam.
The present invention relates to heat exchanger apparatus for fluids and more particularly to improvements to the superheating of fluids employed under high pressure.
One of the aims of the invention is to provide an improved apparatus for regulating and maintaining constant superheating. A more special object is to achieve this adjustment in such a way that the superheating operation is further improved by reducing the solids which may be contained in the steam entering the superheater, this re-
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duction taking place before steam enters the section of the superheater which is subjected to the high temperature furnace gases. The duration of existence of the tubes of this section is thus significantly increased.
Another object of the invention is to achieve the control of the superheating by the use of a contact desuperheater, acting on the steam at high pressures, the apparatus to obtain this result ensuring a significant saving in installation at these levels. pressures.
Other objects of the invention will become apparent from the following description of some embodiments of the invention, shown by way of example in the appended drawings in which:
Fig. 1 is a schematic vertical sectional view showing a system according to the invention.
Fig. 2 is a view similar to FIG. 1 but showing another embodiment of the invention.
Fig. 3 is a detail view, mainly in vertical section, showing the valve mechanism which controls the desuperheating.
Fig. 4 is a detail view showing one of the orifice plates in an intermediate manifold.
Fig. 5 is a vertical section taken along line 5-5 of FIG. 2.
Fig. 6 is a detail view showing the valve mechanism which may be employed in the system shown in FIG. 1.
Fig. 7 is a detail view, in section, of the valve mechanism of FIG. 6.
Fig. 8 is a plan view of the steam distributor placed in the desuperheating chamber.
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Fig. 1 shows four groups of tubes which preferably extend transversely in a gas passage in which the gases flow in the direction indicated by arrow 10. The tubes of groups 12 and 14 are elements of a primary superheater. They are connected to an inlet manifold 16 and are arranged so that steam can circulate there to the upper chambers 18 of intermediate manifolds 20.
A secondary superheater whose tubes of groups 22 and 24 are subjected to heating gases at a high temperature, receives the steam which has passed through the primary superheater. The ends of these tubes are connected to the lower chambers 26 of the intermediate manifolds 20, orifice plates 28 being disposed between the upper chamber and the lower chamber of the intermediate manifold.
The outlet ports of the tubes of groups 22 and 24 are connected to an outlet header 30 from which steam is sent through a main line 32 to the point of use.
The superheater shown is for a motive power plant in which power is developed by steam turbines using steam at pressures on the order of 1200 pounds per square inch (about 80 atmospheres). Such turbines show a marked increase in efficiency as the superheat approaches a constant value, and a high efficiency of the whole plant is obtained. The present superheater is also advantageous when employed with fireplaces developing heating gases at elevated temperatures.
These temperatures are of the order that the tubes in the high temperature section of the superheater frequently burn in the event of excessive deposits.
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sifs caused by solids contained in the steam entering these tubes. The present apparatus maintains the desired normal superheat value and reduces the percentage of solids which might otherwise settle in the tubes of the secondary superheater.
In the apparatus shown, a variable portion of the steam exiting the primary superheater is subjected to the action of a contact desuperheater before entering the inlet chambers 26 of the secondary superheater. The contact heater has a desuperheating chamber preferably formed by a cylindrical pressure vessel 34, of relatively small diameter and placed in a vertical position. The upper part of the desuperheating chamber, and by far the major part of the chamber, constitutes a vapor and water separator 33. In the lower part of the chamber, a body of water of concentration of. less preferably than that of the steam which passes through this water from the primary superheater.
The annular steam distributor 36 is placed below the water level in the desuperheating chamber and is provided with a large number of small side openings 35 through which the steam passes in jets 37 through the water in the chamber. of desuperheating.
Outside the desuperheating chamber, the steam distributor is connected to the outlet ports of the primary superheater by connections which include the conduit 38 and the transverse manifold 40. Connectors 42 communicate this manifold. with 18 rooms and a 44 tee is included in the connections.
A second transverse manifold 46 is placed in front of the chambers 26 of the intermediate manifolds 20 and is @
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connected to these by a number of fittings 48. As shown, the two transverse manifolds are connected directly by the tee 44 and the flange connections 50 and 52.
When steam is desuperheated, cross manifold 46 receives steam through line 54 which is directly connected to the top of steam and water separator 33.
When the operating conditions are such that the superheat is maintained at the desired temperature without the intermediate desuperheating, the regulated part of the steam passes directly from the manifold 40 to the manifold 46 through the interposed communication, without passing through the desuperheater.
On the other hand, in the event that the temperature of the superheated steam in line 32 reaches too high a degree, it is desirable that some of the steam passing from manifold 20 to manifold 46 be desuperheated. This result is obtained by the movement of the valve 58 towards an intermediate position such as that shown in FIG. 1 of the drawings. This valve is preferably pivotally mounted in tee 44 such that it can close the portion of the tee communicating with line 38 and establish direct communication through the tee and between manifolds 40 and 46. In order for the amount to be of desuperheated steam can vary directly with the increase in temperature of the steam in the main outlet line 32, the valve is thermostatically controlled.
The apparatus for obtaining this result includes a member 60 operating under the effect of heat, mounted in the steam line 32 and connected to a valve actuator 62. The valve actuator is connected by a connecting rod 64 to a crank arm 66 mounted on
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the extension 68 of the valve shaft. This extension is shown clearly in FIG. 6 as operatively connected to a main valve shaft 70 which is rotatably mounted in the walls of tee 44. Valve 58 may be welded or otherwise rigidly attached to main valve stem 70. Extension 68 of the valve stem is mounted so as to be able to rotate in a finned stuffing box 72, the outer end of which cooperates with a part 74 to constitute a stuffing box.
This arrangement of the elements causes condensation of the vapor which may leak through the tee 44 around the valve stem 70 into the bearing provided by the element 72 and the resulting water acts as a lubricant for the extension 68 of the stem. valve.
It is desirable that a constant water level be maintained in the lower part of the desuperheating chamber and that this water level be considerably above the steam distributor 36 or at a level such as that indicated at 76 through. fig. 1 of the drawings. When this water level is maintained by the feed water inlet, a suitable feed water regulator 78 is provided. The latter is connected to a tube 80 extending into the desuperheating chamber and the tube 80 is connected to a fluid heater 82, preferably consisting of coils placed above the water level. Coils are used to heat water by heating the surface of the coils with steam from the steam space.
After passing through the heater, the feed water flows out of a strainer which forces it to form a conical sprinkler on falling. The fluid heater 82 preferably does
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rence part of a feedwater pipe to a boiler. In any case, the water in the heater 82 must be very close to the saturation temperature of the steam in order to prevent water hammer in the apparatus.
This condition can be obtained by passing the water through a heater before it reaches the apparatus 82. When the apparatus shown is put into operation, steam is sent through the chamber. desuperheating for an appreciable time before passing water through the heater 82.
Before the steam leaves the desuperheating chamber it is forced to pass through a steam and water separator which has an effective area much greater than the cross sectional area of the desuperheating chamber. This separator is shown as having a number of annular sections which are vertically spaced relative to the chamber and are of smaller and smaller diameter as one approaches the top of the desuperheating chamber.
The lower annular section 90 is preferably attached to the wall of the chamber in the position shown and has an annular channel 92 communicating with a flow tube 94 extending downwardly into the desuperheating chamber and having its outlet port. on one side of the feed water heater 82.
The annular section 96 located immediately above the section 90 has an upwardly open channel 98 and a downwardly open channel 100, the diameter of which is substantially the same as that of the channel 92. An annular strip 102, made of granular material or fibrous, extending from the annular section 90 towards the annular section
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96 and mounted in the channels 92 and 100, can be held in place by any suitable means such as a perforated plate.
The channel 98 has a drain pipe 104 which is located on one side of the feed water heater. As shown, the remaining parts of the separator are constructed and arranged analogously to those described above and the entire construction is such that all of the desuperheated steam must pass through the granular or fibrous material before exiting the desuperheater. to go through line 54 to collector 46.
The desuperheater is provided with a water level 106 and has a flow pipe 108, for use in controlling the concentration of the water. The flow through pipe 108 can be controlled by valve 110 so that the concentration of water in the desuperheater can be less than the concentration of steam entering the desuperheater from the primary superheater.
In the embodiment of the invention shown in figs. 2 and 5, the steam leaving the primary superheater can be brought directly to the desuperheating chamber 112 by means of several conduits 114. Interior vertical tubes 116, constitute important extensions of the conduits 114 and are arranged inside the chamber. of desuperheating as clearly indicated in figs. 2, 3 and 5.
At the lower ends of these tubes are arranged general pipes 118 distributing the steam, placed below the water level 120 which is maintained by a feed water regulator 122 disposed in a pipe 124 leading to the apparatus. water heater 126, the arrangement and operation of these elements being more or less similar to those of the
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embodiment of FIG. 1.
Of the. Desuperheated steam is conducted directly from the desuperheating chamber 112 to the inlet chambers 26 of the secondary superheater through pipes 130 which are connected to the tubes 116 inside the desuperheating chamber, as clearly shown in FIG. 3. This figure shows tubular flanged connections 132 in the cylindrical body, preferably fixed by expansion in openings in the wall of the chamber 112 and welded to this wall as indicated at 134. In the part 136 comprising a flange, is placed a perforated tube 138. This tube is preferably rigidly fixed to the connector 132 by a circumferential weld 140.
Each tube 138 has a perforated portion 142 which connects to tubes 116. At this junction point is a valve 144 which can rotate from the position shown in solid lines to that shown in dotted lines. In the solid line position shown, there is no desuperheated steam, all the steam coming from the primary superheater passing through the connections shown in fig. 3, directly to the secondary superheater. When the valve is in the position shown in dotted lines, all steam passing through lines 114 is desuperheated before passing to the secondary superheater. Different amounts of steam will be desuperheated depending on the intermediate position in which the valve is brought.
In order that the quantities of desuperheated steam can vary directly as the temperature changes in line 32, valve 144 is connected to a valve actuator 146 which is controlled by a member 147 operating under the effect of the pressure. heat, disposed in line 32. Connections between valve 144 and actuator 146 include a tilted shaft.
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lant 148 connected to the actuator by a connecting rod 150.
This connection is outside the desuperheating chamber, the tilting shaft passing into the chamber through a stuffing box 152 and being mounted so as to be able to turn in supports 154 which are fixed to the wall of the chamber. Each valve has an elbow arm 156 integral with the valve and the outer end of each elbow arm is connected to a rocking arm 158 rigidly mounted on the rocking shaft. This link includes a connecting rod 160.
As shown in fig. 3, the mounting of the tubes 116 in the cylindrical body is carried out in the same way as the mounting of the tubes 138, by means of tubular fittings 162 adapted to the cylindrical body and circumferential welds 164 and 166.
The desuperheating chamber 112 is provided with a water level indicator tube 170 and a flow pipe 172 for maintaining the concentration of water in the desuperheating chamber at a figure which is preferably less than. that of the concentration of the steam to be desuperheated.
Fig. 2 shows the superheater jacket 174 which encloses the heating gases so that they come into contact with the superheater elements. It goes without saying that the arrangement of superheater tubes of the variant of FIG. 1 will in practice be established in a gas passage formed by a casing such as that shown in FIG. 2.
It is also clear that in practice the various pipes must be arranged a little differently from the arrangement shown in the drawings. For example the pipes 38 and 54 shown in FIG. 1 of the drawings must be offset 'or provided with large radius curvatures at the places
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where they cross each other.
With regard to the devices operating under the effect of heat, shown in the drawings, it goes without saying that the elements 60 and 147 are connected to the valve actuating mechanisms 62 and 146 by tubes 176 and 180 which contain a expandable fluid.
The steam distributor 36 is shown in detail in FIG. 8 of the drawings. It preferably consists of two annular parts 182 and 184, the latter being mounted inside the first and held rigidly fixed thereto by connecting members 186. These annular parts may have a cross section such as that indicated. in fig. 1 of the drawings and they are assembled by a connecting piece 88 preferably located opposite the steam inlet orifice for the distributor.
Returning again to the steam and water separator located in the upper part of the pressure vessel 34, it can be seen that above the annular band 102 are mounted similar bands 190, 192 etc. up to an upper band 194 of relatively small diameter. A cap 196 prevents steam from flowing freely from the separator without passing through the granular or fibrous material of the webs.
At the top of the pressure vessel 34, there is provided a manhole 200 through which the parts of the steam and water separator can be accessed. This manhole is normally closed by the members 202, 204 and 206.
The valve construction shown in detail in FIG. 6 of the drawings shows that the finned gland 72 is held rigidly against the annular boss 208 formed on the side of the tee 44. It can be releasably attached thereto by bolts.
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The other end of the finned stuffing box 72 forms a stuffed boot which includes a flanged sleeve 210. The latter can be attached to the flanged portion of the finned stuffing box by means of bolts so as to compress the material. stuffing 214. The extension 68 of the valve stem has at its inner end an enlarged portion 216 which forms a shoulder bearing against the left end of the finned stuffing box and the main valve stem 70 has a transverse cavity 218 into which penetrates a transverse rib 220 preferably made integrally with the widened part 216. It goes without saying that the valve construction shown in FIG. 6 of the drawings can be used in combination with the various valves in the tubular extension 116 of the variant of FIG. 5.
This valve construction has the advantage that the main valve stem 70 can be made of a different material from that of the extension 68. The extension 68 is not subject to the temperature and fluid flow conditions that affect the valve. operation of the main valve stem 70.
It goes without saying that the orifice plates 28 can be removed and replaced by other plates having orifices of different dimensions.
The apparatus shown which includes a vertical cylindrical desuperheating chamber has the advantage of incurring only low installation costs as well as allowing the installation of a vapor and water separator which has a separation area. much larger than the cross section of the desuperheater or separator chamber.
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In the operation of the apparatus shown in FIG. 1, it will be noticed that there is a change in the quality of the steam entering the desuperheating chamber.
A considerable part of the solids possibly transported by the steam can be removed and the life of the tubes of the high temperature section of the superheater is increased accordingly.
Although the invention has been described with reference to the particular embodiments shown in the accompanying drawings, it goes without saying that the invention is not limited thereto but that its scope corresponds to that of the appended claims.
CLAIMS
1.- Process for superheating steam and regulating its temperature, consisting in supplying steam to a superheater at high temperature and raising its temperature therein, driving the superheated steam from the superheater to the point of use substantially at the outlet temperature of the superheater, to adjust the outlet temperature of the superheated steam from the superheater by supplying the latter with superheated steam at a temperature which varies inversely with the temperature of the steam leaving the superheater, and to condition the steam admitted to the superheater at high temperature by passing it through water, in amounts varying in direct proportion to the temperature of the steam leaving the superheater.
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